JP4281733B2 - 電気モータの分割ステータ - Google Patents

Description

本発明は、電気モータのステータに係り、特に、ステータが分割ステータを組み合わせてなる電気モータの分割ステータに関する。

この種の電気モータの分割ステータの一つとして、円筒状のステータが、周方向に分割された複数の分割ステータによって構成されていて、各分割ステータが、周方向に分割されたヨーク部と、このヨーク部から径方向に延在するティース部と、このティース部に巻装されたコイルとを備えてなるものがあり、例えば、下記特許文献１に記載されている。
特開２００３−２８４２６９号公報

上記特許文献１に記載されている電気モータの分割ステータにおいては、コイルがカバーによって覆われていない。このため、分割ステータを組み合わせる際に、各コイルが干渉し合ってコイルの被膜を傷付けるおそれがある。特に、コイルの占積率を向上させるため、コイル収容部外に渡ってコイルを巻くように設定した場合に、そのおそれが顕著である。

また、この場合には、各コイルの干渉により、ヨーク部の周方向端面を当接させることが困難となって、ステータの真円度を確保できないおそれもある。なお、ステータの真円度が確保されない場合には、各ヨーク部にて磁気抵抗値のばらつきが大きくなり、コギングトルク（脈動トルク）に大きな影響を与える。したがって、コイルの被膜を傷付けることを防止し、かつステータの真円度を確保するためには、コイルの線径を細くしたり、コイルの巻き数を減らすなどしてコイル収容部内にコイルを余裕を持たせて収容する必要があり、結局はコイルの占積率を向上させることができないという問題がある。

したがって、本発明は、上記問題に対処するために、分割ステータを組み合わせる際に、コイルの被膜を傷付けるおそれがなく、また、ステータの真円度を良好に確保しながら、コイルの占積率も向上させ得る電気モータの分割ステータを提供することをその目的としている。

上記目的を達成するため、本発明においては、円筒状のステータが、周方向に分割された複数の分割ステータによって構成されていて、各分割ステータが、周方向に分割されたヨーク部と、このヨーク部から径方向に延在するティース部と、このティース部に巻装されたコイルとを備えてなる電気モータの分割ステータにおいて、前記ヨーク部と前記ティース部で形成されるコイル収容部に収容されている前記コイルは、前記コイル収容部を覆うカバーによって覆われていて、前記カバーの周方向端面には前記コイルを前記コイル収容部内に押し込んだ状態に維持するための凹部が形成されていて、前記コイルが、前記凹部によって形成される空隙を介して周方向にて対向配置されていることに特徴がある。

この電気モータの分割ステータにおいては、コイル収容部に収容されているコイルが、コイル収容部を覆うカバーによって覆われている。このため、分割ステータを組み合わせる際に、コイルがカバーにより保護されるため、コイルの被膜が傷付くことを防止することが可能である。

また、前記カバーの周方向端面には前記コイルを前記コイル収容部内に押し込んだ状態に維持するための凹部が形成されている。このため、コイルの占積率を向上させるために、コイルをコイル収容部外に渡って所定量巻いた場合であっても、コイル収容部外に渡って巻かれたコイルがカバーの周方向端面に形成された凹部によりコイル収容部内に押し込まれた状態に維持される。これにより、分割ステータを組み合わせる際に、各コイルの干渉が回避され、分割ステータをヨーク部の周方向端面にて当接させた状態で組み合わせることが可能となって、ステータの真円度を良好に確保しながら、コイルの占積率を向上させることが可能である。

また、前記コイルが、前記凹部によって形成される空隙を介して周方向にて対向配置されている。このため、コイル収容部内に保持されたコイルの被膜に傷が生じていても、分割ステータを組み合わせた状態にて、隣り合う各コイルが空隙を介して対向配置されるので、各コイル間での絶縁不良が効果的に防止されて、絶縁性を向上させることが可能である。

また、本発明の実施に際して、前記コイル収容部に収容されている前記コイルは、プレス型により前記コイル収容部内に押し込まれた状態で樹脂にて一体化されていて、この樹脂が前記カバーとされていることも可能である。この場合において、例えば、前記コイルを前記ティース部に前記コイル収容部外に渡って所定量巻くコイル巻装工程と、前記ティース部にプレス型により前記コイル収容部内に押し込む押込工程と、前記コイルを前記プレス型にて前記コイル収容部内に押し込んだ状態で前記コイル収容部内に樹脂を注入して、前記コイルを樹脂にて一体化する樹脂モールド工程とで分割ステータを製造するようにするとよい。これらの場合において、前記カバーの周方向端面に凹部を形成するために、例えば、前記プレス型に凸部が設けられるようにするとよい。

この場合には、コイルの占積率を向上させるために、コイルをコイル収容部外に渡って所定量巻いた場合であっても、コイル収容部外に渡って巻かれたコイルがプレス型によりコイル収容部内に押し込まれ、この状態でコイルが樹脂にて一体化される。このため、分割ステータを組み合わせる際に、各コイルの干渉が回避され、分割ステータをヨーク部の周方向端面にて当接させた状態で組み合わせることが可能となって、ステータの真円度を良好に確保しながら、コイルの占積率を向上させることが可能である。

また、本発明の実施に際して、前記空隙に、絶縁材を介在させることも可能である。この場合には、コイル収容部内に保持されたコイルの被膜に傷が生じていても、分割ステータを組み合わせた状態にて、隣り合う各コイルが絶縁材を介して対向配置されるので、各コイル間での絶縁不良がより効果的に防止されて、絶縁性をより一層向上させることが可能である。また、絶縁材が介在しているので、空隙体積を小さく設定しても絶縁効果を良好に確保することが可能である。したがって、この場合には、空隙体積の減少分だけコイル収容部の体積が増加するため、絶縁効果を良好に確保しながら、コイルの占積率を向上させることが可能である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１および図２は、分割ステータの一実施形態を示していて、この実施形態の分割ステータ１０を円環状（円筒状）に複数（１２個）組み合わせることで、一つの円筒状のステータ（三相モータ用ステータ）が構成されるようになっている（図６参照）。

分割ステータ１０は、電磁鋼板を長手方向（ステータの軸方向）に積層してブロック状に形成したものであり、断面扇形状のヨーク部１０ａと、このヨーク部１０ａから径方向内方に向けて一体に延在するティース部１０ｂと、このティース部１０ｂに巻装されたコイル１１とを備えている。

ティース部１０ｂは、分割ステータ１０が組み合わされた状態で、ロータ（図示省略）の外周面に配置された永久磁石（図示省略）と所定のエアギャップを介して対向配置されるようになっている。コイル１１は、外周に絶縁被膜が施されている銅線であり、カバーとしての樹脂１２によりヨーク部１０ａとティース部１０ｂで形成される凹状のコイル収容部１０ｃ内にて一体的に保持されている。

樹脂１２は、ヨーク部１０ａの内周位置近傍に外周を有するような断面扇形状に形成されており、その周方向端面１２ａとヨーク部１０ａの周方向端面１０ａ１とがほぼ同一面上に位置するように設定されている。また、樹脂１２は、各軸方向端面１２ｂ（長手方向端面）がヨーク部１０ａおよびティース部１０ｂの軸方向端面１０ａ２，１０ｂ１よりそれぞれ所定量だけ軸方向外方に向けて突出するように設定されている。なお、樹脂１２の一方の軸方向端面１２ｂからは、コイル１１の一端部１１ａおよび他端部１１ｂがそれぞれ延出されている。

ところで、上記した分割ステータ１０は、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）にて模式的に示した各工程を経て製造されるようになっている。図３（Ａ）に示したコイル巻装工程では、所定の巻線機のノズルから供給されるコイル１１がティース部１０ｂに整列巻きされる。コイル１１は、図３（Ｂ）にて誇張して示すように、巻き膨らみが最も大きくなる分割ステータ１０の中間部付近にて、コイル収容部１０ｃ外（ヨーク部１０ａの周方向端面１０ａ１より周方向外方側）に渡って所定量巻かれる。

図３（Ｃ）に示した押込工程では、ティース部１０ｂにコイル収容部１０ｃ外に渡って巻かれたコイル１１が、プレス型２０によりコイル収容部１０ｃ内に押し込まれる。プレス型２０は、ヨーク部１０ａの周方向端面１０ａ１に当接するまで可動される。プレス型２０の可動に伴って、コイル１１が、整列巻きされた状態をほぼ維持しながら、線間の隙間が小さくなるように周方向内方側へ変位する。これにより、コイル１１の占積率が高められている。なお、コイル１１は、プレス型２０により線径方向に真直ぐ押されるようになっている。このため、プレス型２０による押圧に際して、コイル１１同士のせん断が回避されて、コイル１１の被膜が傷付き難くされている。

図３（Ｄ）に示した樹脂モールド工程では、コイル１１がプレス型２０によりコイル収容部１０ｃ内に押し込まれた状態で、コイル収容部１０ｃ内に樹脂１２が注入されて、コイル１１が樹脂１２にて一体化される。すなわち、プレス型２０が樹脂成形型をも兼ねるようになっている。なお、樹脂１２としては、熱伝導率が高く、かつ絶縁性の高いもの、例えば、エポキシ樹脂が使用されている。

そして、図３（Ｄ）に示した樹脂モールド工程後、プレス型２０を取り外すことで、図２に示したように、コイル１１がコイル収容部１０ｃ内に保持された分割ステータ１０が得られる。

上記のように構成した分割ステータ１０においては、コイル収容部１０ｃに収容されているコイル１１が、コイル収容部１０ｃを覆う樹脂１２によって覆われている。これにより、分割ステータ１０を組み合わせる際に、コイル１１が樹脂１２により保護されるため、コイル１１の被膜が傷付くことが防止される。

また、上記分割ステータ１０においては、コイル１１の占積率を向上させるために、コイル１１をコイル収容部１０ｃ外に渡って所定量巻いた場合であっても、コイル収容部１０ｃ外に渡って巻かれたコイル１１がプレス型２０によりコイル収容部１０ｃ内に押し込まれ、この状態でコイル１１が樹脂１２にて一体化される。これにより、分割ステータ１０を組み合わせる際に、各コイル１１の干渉が回避され、分割ステータ１０をヨーク部１０ａの周方向端面１０ａ１にて当接させた状態で組み合わせることができ、ステータの真円度を良好に確保しながら、コイル１１の占積率を向上させることができる。

また、上記分割ステータ１０においては、樹脂１２として、熱伝導率の高い樹脂が用いられている。これにより、分割ステータ１０を組み合わせた状態にて、コイル１１への通電時に発生する熱がヨーク部１０ａおよびティース部１０ｂを介して大気中に効率良く放出される。また、樹脂１２として、絶縁性の高い樹脂が用いられている。これにより、コイル巻装工程時、押込工程時などにて、コイル１１の被膜に傷が生じたとしても、隣り合う各コイル１１間での相間ショート（相間絶縁不良）が効果的に防止される。

上記分割ステータ１０においては、分割ステータ１０を組み合わせたとき、樹脂１２の周方向端面１２ａが互いに当接するように設定した（図２参照）。しかし、本発明に係る分割ステータ１０においては、例えば図４〜図６に示すように、樹脂１２の周方向端面１２ａにて、ヨーク部１０ａの周方向端面１０ａ１より周方向内方側へ僅かにオフセットした凹部１２ａ１を形成し、分割ステータ１０を組み合わせた状態で、隣り合う凹部１２ａ１と凹部１２ａ１によって空隙１３が形成されるように設定して実施した。なお、図４〜図６に示したこの実施形態の他の構成は、図１〜図３に示した上記実施形態と同じであるため、同一の部材には同一の符号を付して、説明を省略する。

図４〜図６に示したこの実施形態においては、上記したプレス型２０に代えて、図５に示すプレス型３０を用いて押込工程が実行され、更に樹脂モールド工程が実行されるようになっている。プレス型３０には、樹脂１２の周方向端面１２ａに凹部１２ａ１を形成するための凸部３０ａが設けられている。

プレス型３０から取り外された本発明に係る分割ステータ１０を組み合わせた状態では、図６に示すように、隣り合う各コイル１１が空隙１３を介して対向配置される。これにより、コイル収容部１０ｃ内に保持されたコイル１１の被膜に傷が生じていても、隣り合う各コイル１１間での相間ショート（相間絶縁不良）が効果的に防止されて、絶縁性が向上する。

図４〜図６に示した上記実施形態においては、各コイル１１が空隙１３を介して対向配置されるように設定したが、この空隙１３に、例えば、ペースト状の絶縁材を塗布するように実施することも可能である。この変形実施形態によれば、コイル収容部１０ｃ内に保持されたコイル１１の被膜に傷が生じていても、分割ステータ１０を組み合わせた状態にて、隣り合う各コイル１１が絶縁材を介して対向配置されるので、隣り合う各コイル１１間での相間ショート（相間絶縁不良）がより効果的に防止されて、絶縁性がより一層向上する。

また、上記変形実施形態においては、絶縁材が介在しているので、空隙１３の体積を小さく設定しても絶縁効果が良好に確保される。この場合には、空隙１３の体積の減少分だけコイル収容部１０ｃの体積が増加するため、絶縁効果を良好に確保しながら、コイル１１の占積率を向上させることができる。

上記した各実施形態等においては、コイル収容部１０ｃを覆うカバーとして樹脂１２を用いたが、カバーは樹脂１２に限らず、コイル１１をコイル収容部１０ｃ内に押し込んだ状態に維持し得る材質のものを適宜選択して実施することが可能である。

分割ステータの一実施形態を示した斜視図である。 図１の２−２断面図である。 （Ａ）は、コイル巻装工程を経てティース部に巻かれたコイルを示す正面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、（Ｃ）は、押込工程を経てコイルがコイル収容部内に押し込まれた状態を示す平面断面図であり、（Ｄ）は、樹脂モールド工程を経てコイルがコイル収容部内に保持された状態を示す平面断面図である。 本発明による分割ステータの一実施形態を示した斜視図である。 図４の分割ステータを製造する工程のうち、樹脂モールド工程を経てコイルがコイル収容部内に保持された状態を示す平面断面図である。 図４の分割ステータを円環状に組み合わせてなるステータの一部分を示す平面断面図である。

１０…分割ステータ、１０ａ…ヨーク部、１０ａ１…周方向端面、１０ｂ…ティース部、１０ｃ…コイル収容部、１１…コイル、１２…樹脂、１２ａ…周方向端面、１２ａ１…凹部、１３…空隙、２０，３０…プレス型、３０ａ…凸部

Claims (4)

1. 円筒状のステータが、周方向に分割された複数の分割ステータによって構成されていて、各分割ステータが、周方向に分割されたヨーク部と、このヨーク部から径方向に延在するティース部と、このティース部に巻装されたコイルとを備えてなる電気モータの分割ステータにおいて、
   前記ヨーク部と前記ティース部で形成されるコイル収容部に収容されている前記コイルは、前記コイル収容部を覆うカバーによって覆われていて、前記カバーの周方向端面には前記コイルを前記コイル収容部内に押し込んだ状態に維持するための凹部が形成されていて、前記コイルが、前記凹部によって形成される空隙を介して周方向にて対向配置されていることを特徴とする電気モータの分割ステータ。
2. 請求項１に記載した電気モータの分割ステータにおいて、
   前記コイル収容部に収容されている前記コイルは、プレス型により前記コイル収容部内に押し込まれた状態で樹脂にて一体化されていて、この樹脂が前記カバーとされていることを特徴とする電気モータの分割ステータ。
3. 請求項１または２に記載した電気モータの分割ステータにおいて、
   前記空隙に、絶縁材を介在させることを特徴とする電気モータの分割ステータ。
4. 請求項２に記載した電気モータの分割ステータを製造する方法であって、
   前記コイルを前記ティース部に前記コイル収容部外に渡って所定量巻くコイル巻装工程と、
   前記ティース部に前記コイル収容部外に渡って巻かれた前記コイルをプレス型により前記コイル収容部内に押し込む押込工程と、
   前記コイルを前記プレス型にて前記コイル収容部内に押し込んだ状態で前記コイル収容部内に樹脂を注入して、前記コイルを樹脂にて一体化する樹脂モールド工程とを備えたことを特徴とする電気モータの分割ステータの製造方法。

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